基于单片机的数字万用表设计

1.2.2 数字万用表的设计依据
根据数字万用表的基本原理，设计一个万用表测量系统，符合以下设计要求：
基本要求
1、测量围：直流电压0.1V-100V；直流电流10mA-500mA；电阻100Ω-1MΩ。
2、测量精度：±5%。
3、使用按键或者拨码开关进行测量类型选择，并用LED液晶显示测量数值和单位。
1.1 数字万用表的主要特点
1、显示清晰、直观，读数方便准确
传统的指针式万用表必须借助于指针和刻度进行读数，读数过程中难免会引入认为的偶然测量误差(例如视差)，还容易造成视觉疲劳。新兴数字电压表则采用先进的数显技术，使显示结果清晰直观、一目了然。不仅保证了读数的客观、性与准确性，而且符合人们的读数习惯，能够缩短读数时间，提高读数准确度。例如，手持式数字万用表（HDMM）普遍采用字高为26mm的大屏幕LCD。有些数字万用表还增加了各种背光源，以便于夜间观察读数。
基于单片机的数字万用表硬件设计
The hardware design of digital multitester based on monolithic Integrated circuit
总计 毕业设计（论文）28页
表 格0个
插 图19幅
摘要
电压、电流、电阻、频率、流量、压力、流速和开关量都是日常生产和生活中常用的主要被控参数。其中，电压、电流、电阻和频率更是越来越重要。这样，做为测量电流电压等的万用表的地位就显得举足轻重，特别是高精度的数字万用表更是发挥着极其重要的作用。
关键词：数字万用表 AT89C51单片机 TLC2543模数转换器 AD转换与控制
Abstract
Voltage, current, resistance, frequency, flow, pressure, flow velocity and the switch quantity is monly used in daily life and production is mainly control parameters.Among them, the voltage, current, resistance and frequency is more and more important.Such as the status of measurement such as current voltage multimeter is important, especially for high precision digital multimeter is playing an extremely important role.This designusesAT89C51 microcontroller chip design a multi-function digital multimeter, able to measure dc voltage, dc current value, dc resistance and inductance and capacitance, OLED LCD display.This system consists of partial pressure resistance, shunt resistance, benchmark resistance, 51 single chip microputer minimum system, alarm, display part, AD conversion and control ponents.To make the whole system more stable, so as to protect the overall precision, circuit with the TLC2543 modulus conversion chip, single-chip microputer systemusesAT89C51 as the master control chip, with electric reset circuit on the RC and 12 MHZ crystal oscillation circuit.Cycle time consuming shrinkage to the shortest program at a time, so the effective guarantee the real-time performance of the system.Basic principle of this design is the use of analog circuits of various electric signals are collected, and then after amplifying circuit and filter circuit of A/D conversion, the converted digital value sent to SCM I/O port for data processing, and display.Including software using Keil piler environment, for C language ing modular design method, so as to realize the control algorithm of various kinds of electrical signal module, data acquisition module, LCD module and keyboard scan module, so as to ensure the normal operation of the system as a whole.
Keywords：Digital multimeter；AT89C51 single chip；TLC2543 AD converter；AD conversion and control
第一章 绪论
数字万用表(Digtial Multimeter)亦称数字多用表，简称DMM。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字量并且加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单一、读取不便、测量精度低，不能满足数字化时代的需求,而采用单片机设计的数字万用表，功能强大、测量精度高、可扩展可集成、抗干扰能力强等。智能化数字万用表是大规模集成电路、计算机技术及自动测试技术、数显技术等的结晶。目前市场上，有各种单片机芯片设计的数字万用表，已经被广泛用于电子及电工测量，工业自动化测量仪表，自动化测量系统等智能化测量领域，显示出其强大的生命力。
2、显示位数
目前数字万用表的显示位数通常为3位半到8位半。
定义数字万用表的位数有两条原则：①能显示从0-9所有数字的位是整数位；②分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字为分母。例如，某数字万用表最大显示值为±19999，满量程的计数值为20000,则表明该仪表有4个整数位，而分数位的分子为1、分母为2，因此为4 1/2位，读作四位半，其中最高位只能显示0或1。
设计基本原理是使用模拟电路对各种电信号进行采集，然后经过放大电路和滤波电路之后进行A/D转换,转换后的数字值送进单片机I/O口进行数据处理，同时显示出来。其中软件使用Keil编译环境、进行C语言编程。采用模块化的设计方法，从而实现各种电信号的控制算法模块，数据采集模块、液晶显示模块和键盘扫描模块，从而保证系统整体正常运行。
设计采用单片机芯片AT89C51 设计一个多功能数字万用表，能够测量直流电压值、直流电流值、电阻值以及电感电容值，并用OLED液晶显示数值。
此系统由分压电阻、分流电阻、基准电阻、51 单片机最小系统、报警部分、显示部分、AD 转换及控制部分组成。为使整体系统更加稳定，使整体精度得以保障，电路采用了TLC2543模数转换芯片，系统采用AT89C51单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和12MHZ晶振电路。程序每次执行周期耗时缩到最短，这样有效保证了系统的实时性。
3、准确度高
准确度是测量过程中系统误差与随机来自差的综合结果。它表示测量结果与真实值的一致程度，亦反映测量误差的大小，准确度越高，测量误差则越小。数字万用表的准确度远优于传统指针式万用表。
4、分辨力高
数字万用表的最小电压量程末位1个字所代表的电压值，称作万用表的分辨力，宏观反映了仪器仪表灵敏度的高低。
5、测量围宽，扩展能力强
数字万用表可基本满足常规电子测量的需要，智能数字万用表的测量围更宽。数字万用表一般可测量直流电压（DCV），交流电压（ACV）和直流电流（DCV），交流电流（ACA）以及电阻，电感电容等等。
6、测量速率快，输入阻抗高
把数字万用表在每秒钟对被测电压值的测量次数叫做测量速率，单位是“次/秒”。这主要取决于A/D转换器的转换速率。一般的数字万用表的测量速率为2-5次/秒，有的能达到20次/秒以上，甚至更高。可以满足不同用户对测量速率的基本要求。
如今，数字万用表作为电子测量领域不可或缺的产品之一，应用围极为广泛。数字万用表是利用模数转换原理，将被测模拟量转化为数字形式量，并将测量结果显示出来的一种测量仪表。与传统指针式万用表相比，新兴的数字万用表具有精度高、速度快、数字显示、输入阻抗大、读数方便准确、抗干扰能力强等优点，显示出其强大的生命力，因而得到广泛应用，受到众多电子工程师的青睐。
发挥部分
1、扩大测量围：直流电压0.01V-250V，直流电流5mA-1A，电阻10Ω-10MΩ。
2、提高测量精度：±2%。
3、支持电容、电感测量：电容1uF-100uF，精度5%；电感100uH-10mH，精度5%。
4、实现自动量程切换。
5、其他。
补充说明
1、系统采用15V 500mA DC电源供电。
1.3 国测量仪器的发展状况
上世纪八十年代，我国测量仪器行业受到了国外冲击，承受着巨大压力。原有的骨干企业大多数经济不景气，效益滑坡，但同时众多高科技民营企业发展迅速。数十年来，大家都在积极转变发展观念，通过不断深化技术改革，调整企业结构以及产品结构，选择了发展有限目标，稳住和发展量大面广的中低挡测量仪器，充分发挥了电子测量技术的渗透力和结合力，使得极其困难的测量仪器行业有了长足的进展。但是，国除了少数门类有较高性能指标的产品以外，中高档测量仪器较少，尤其是通信类高端测量仪器品种更少，发展不快，与国外先进仪器公仪表司有较大差距。因而国的中高档测量仪器市场基本上被外国公司占领，中低档测量仪器也受到来自、国的不平等竞争的威胁等。国测量仪器在一定的开放环境下，引进国外某些先进技术及器件，使得仪器的稳定性准确性有很大的改善，但是在可靠耐用，精度及外观工艺等方面与国外测量仪器还存在较大的差距。